УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТРАОПЕРАЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАРУШЕНИЯ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ КРОВИ В ТКАНЯХ ОРГАНОВ БРЮШНОЙ ПОЛОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАПАРОСКОПИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ Российский патент 2024 года по МПК A61B1/313 

Изобретение относится к медицине, а именно к минимально инвазивной абдоминальной хирургии, и может быть использовано для интраоперационного определения нарушения кровоснабжения тканей внутренних органов методом лазерной спекл-контрастной визуализации (ЛСКВ), а также в приборостроении при проектировании и изготовлении новой медицинской техники.

Вопросы диагностики и лечения острой хирургической патологии органов брюшной полости являются актуальными в современном мире, так как согласно статистическим данным, указанные состояния в структуре общей заболеваемости населения являются достаточно распространенными без видимой тенденции к сокращению выявляемых случаев (Здравоохранение в России. 2021: Статистический сборник / Росстат.- М., 2021. - 171 с).

В условиях экстренной хирургии вопросы интраоперационной диагностики и выбора лечебной тактики у пациентов с острыми ишемическими поражениями органов брюшной полости, а также при несостоятельности анастомозов, остаются широко обсуждаемыми в хирургическом сообществе. Указанные состояния клинически проявляются нарушением кровообращения и последующим возникновением ишемии, которая в свою очередь ведет к некрозу тканей и высокой доле смертности при промедлении с постановкой диагноза (Kassahun, W.T. Unchanged high mortality rates from acute occlusive intestinal ischemia: six year review / W.T. Kassahun, T. Schulz, O. Richter, J. Hauss // Langenbeck's archives of surgery, 2008. - 393 (2). - P. 163-171). В тех случаях, когда необходимо выполнение резекции нежизнеспособных тканей, важной задачей является выбор оптимальных границ резекции в пределах жизнеспособной ткани органа. Например, с одной стороны, чрезмерное удаление кишечника в некоторых случаях ведет к развитию энтеральной недостаточности, а с другой стороны, недостаточный объем резекции, с невыявленной необратимой ишемией стенок органа, может привести к серьезным послеоперационным осложнениям, таким как некроз зоны анастомоза, низведенной кишки или стомы, некупированный распространенный перитонит и др. Такое положение определяет тактику хирурга: малейшие сомнения в жизнеспособности кишки решаются в пользу ее резекции. Так, при кишечной непроходимости рекомендуется удаление не только некротизированного фрагмента, но и не менее 30-40 см неизмененного отдела кишки в проксимальном направлении, и 15-20 см - в дистальном направлении от участка некроза (Руководство по неотложной хирургии органов брюшной полости / Под ред. B.C. Савельева. - М.: Триада-Х, 2004. - 640 с.). Также высока субъективность анализа, производимого без специализированных устройств, основанного только на визуальной и пальпаторной оценке жизнеспособности кишечника.

Таким образом, необходима разработка новых устройств, реализующих объективные способы определения ишемии биологических тканей при выполнении лапароскопических оперативных вмешательств.

Появившиеся в последние годы устройства для реализации объективных способов оценки степени ишемии органов (ангиотензометрия, трансиллюминация, лазерная допплеровская флоуметрия и др.) имеют потенциал для клинического использования, однако не всегда доступны в общеклинической практике в связи с высокой ценой и методологической сложностью применения (Родин, А.В. Интраоперационная оценка жизнеспособности кишки при острой кишечной непроходимости / А.В. Родин, В.Г. Плешков // Вестник Смоленской государственной медицинской академии, 2016. - 15 (1). - С. 75-82.; Ведянская, Д.А. Современные методы интраоперационной оценки перфузии тканей / Д.А. Ведянская, Е.С. Краморов, В.А. Ратников, В.А. Кащенко // Клиническая больница, 2022. - 34 (2). - С. 42-54.).

Одним из перспективных методов для оценки состояния кровоснабжения тканей является оптический метод лазерной спекл-контрастной визуализации (ЛСКВ) (Forrester K.R. A laser speckle imaging technique for measuring tissue perfusion / K.R. Forrester, J. Tulip, C. Leonard, C. Stewart, R.C. Bray / IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2004. - 51 (11). - P. 2074). Он осуществляется путем записи видеокамерой случайной интерференционной картины, формирующейся на исследуемом объекте за счет фазового сдвига обратного рассеянного света при освещении когерентным лазерным излучением (Boas, D.A. Laser speckle contrast imaging in biomedical optics / D.A. Boas, A.K. Dunn// Journal of Biomedical Optics, 2010. - 15 (1). - P. 11109). Изображение формируется вследствие усреднения картины движения эритроцитов в ткани наблюдаемой области за выбранное время выдержки. Излучение красных и инфракрасных длин волн хорошо подходит для мониторинга микроциркуляции, так как оно обеспечивает достаточную глубину зондирования биоткани для регистрации факта движения эритроцитов при мониторинге изменений кровотока. Результаты выражаются в единицах спекл-контраста, на основе которых формируются карты изображений перфузии области интереса.

Метод ЛСКВ является оптимальным по соотношению стоимости устройств и количества диагностической информации, предоставляет врачу данные в удобной для понимания и использования форме в виде изображения исследуемой области, окрашенной в псевдоцвета, при этом высокой скорости потока рассеивающих частиц соответствует оранжево-красный цвет, низкой - синий. Однако существующие на сегодняшний день устройства для реализации ЛСКВ преимущественно используются при лапаротомных операциях и не совмещаются с инструментом для проведения лапароскопических операций.

Разработка устройства, совместимого со стандартным лапароскопическим оборудованием и реализующего исследование кровоснабжения тканей методом ЛСКВ, позволит оперативно и эффективно проводить диагностику ишемических поражений органов брюшной полости в режиме реального времени при проведении лапароскопических хирургических вмешательств.

Известно устройство, позволяющее осуществлять комплексную экспресс-диагностику состояния кровоснабжения поврежденных тканей, как мышц, так и внутренних органов при открытых операциях, и оценивать достаточность кровоснабжения тканей в динамике после вычисления коэффициента обратимости ишемии, рассчитываемого как отношение площади пульсовой волны с пораженного исследуемого участка к площади со здорового исследуемого участка, содержащее два датчика оптического диапазона, умножитель, единичный усилитель, первый и второй блоки определения площади пульсовой волны (патент РФ №2293513, МПК А61В 5/026, 2007 г.).

Недостатком данного устройства является техническая неприспособленность для использования в минимально инвазивной хирургии. Кроме этого, устройство реализует двухточечные измерения, что не позволяет использовать его для визуализации сосудистой сети и тока крови в ней, тем самым делая задачу определения ишемизированных участков крайне затрудненной и сопряженной с низкой точностью определения локализации поврежденных участков ткани при сегментарном нарушении кровоснабжения.

Известно устройство, реализующее способ малоинвазивной оценки жизнеспособности кишечника с помощью освещения исследуемого участка биологической ткани четными и нечетными импульсами света двух различных длин волн, состоящее из видеолапароскопа, на дистальном конце которого расположен черно-белый телевизионный сенсор и два световода, причем четные импульсы кадровой синхронизации поступают на драйвер и источник монохроматического света с длиной волны 560 нм, а нечетные импульсы - с длиной волны 585 нм, при этом телевизионный сигнал, отображаемый на дисплее для левого глаза, представляет собой результат арифметического вычитания нормированного изображения четных кадров телевизионного сенсора из нормированного изображения нечетных кадров телевизионного сенсора, а сигнал, отображаемый на дисплее для правого глаза - результат вычитания нечетных кадров из нормированного изображения (патент РФ №2496403, МПК А61В 1/313, 2013 г.).

Недостатком данного устройства является то, что, несмотря на возможность использования в лапароскопической хирургии, оно является технически сложным и реализует метод, предоставляющий врачу-хирургу только качественные результаты, но не количественные, из-за чего решение о жизнеспособности участка биологической ткани принимается субъективно на основе полученной цветовой гаммы изображения на экране монитора.

Наиболее близким по технической сущности решением является экспериментальная система ЛСКВ для интраоперационного мониторинга микроциркуляции крови при проведении лапароскопического вмешательства, совмещенная с пятимиллиметровым ригидным лапароскопом, жестко закрепленная на штативе, при этом доставка излучения осуществляется как через стандартный осветительный канал лапароскопа лазером с длиной волны 635 нм, так и внешним освещением лазером с длиной волны 785 нм, для регистрации изображения используется видеокамера и плосковыпуклая линза, данные передаются на компьютер для последующей обработки и получения спекл-изображений в режиме реального времени (Е.В. Потапова, Е.С. Серегина, В.В. Дремин, Д.Д. Ставцев, И.О. Козлов, Е.А. Жеребцов, А.В. Мамошин, Ю.В. Иванов, А.В. Дунаев, Лазерная спекл-контрастная визуализация микроциркуляции крови в тканях поджелудочной железы при лапароскопических вмешательствах, Квантовая электроника 50(1), (2020), с. 33-40).

Недостатками являются жесткое крепление на штативе, а также необходимость использования дополнительных конструктивных средств для сопряжения источника освещения и осветительного канала лапароскопа, поскольку при таком конструктивном решении устройство не может использоваться врачом-хирургом в операционной, а для обеспечения освещения операционного поля при проведении малоинвазивной операции требуется дополнительный порт лапароскопического доступа в оперируемую полость организма.

Технической задачей изобретения является разработка устройства для интраоперационной оценки состояния микроциркуляции крови в тканях органов брюшной полости при проведении лапароскопических вмешательств, обладающего возможностью мониторинга кровоснабжения тканей в режиме реального времени за счет реализации метода ЛСКВ с обработкой полученных данных непосредственно во время проведения исследования.

Техническая задача достигается тем, что устройство для интраоперационного определения нарушения микроциркуляции крови в тканях органов брюшной полости при проведении лапароскопических вмешательств содержит лапароскоп, выполненный в виде жесткой металлической трубки с осветительным портом и наглазником, подключенный через осветительный порт к оптическому волокну с Y-образным разветвлением, одна из ветвей которого подключена к эндоскопическому осветителю, а другая - к лазерному источнику освещения с длиной волны 785 нм, который, в свою очередь, подключен через драйвер лазерного источника освещения с длиной волны 785 нм к микроконтроллеру, подключенному к персональному компьютеру с программным обеспечением для обработки данных и их отображения с помощью оранжево-красных и/или синих цветов, связанному с цветным монитором и видеокамерой, сопряженной с наглазником лапароскопа с помощью оптической системы.

Технический результат заключается в мобильности устройства и возможности использования его врачом-хирургом при проведении лапароскопических вмешательств с целью диагностики ишемических поражений органов брюшной полости в режиме реального времени.

Сущность изобретения поясняется структурной схемой устройства для интраоперационной оценки состояния микроциркуляции крови в тканях органов брюшной полости при проведении лапароскопических вмешательств.

Устройство содержит лапароскоп 1, выполненный в виде жесткой металлической трубки с осветительным портом 2 и наглазником 3, стандартный эндоскопический осветитель 4, специальную оптическую систему 5, подключенную к видеокамере 6, оптическое волокно 7 с Y-образным разветвлением, лазерный источник 8 освещения с длиной волны 785 нм, драйвер 9 лазерного источника 8 освещения с длиной волны 785 нм, микроконтроллер 10, персональный компьютер 11 и цветной монитор 12 для отображения оранжево-красных цветов 13 и/или синих цветов 14.

Вход осветительного порта 2 лапароскопа 1 соединен через оптическое волокно 7 с Y-образным разветвлением со стандартным эндоскопическим осветителем 2 и с лазерным источником 8 освещения с длиной волны 785 нм. Персональный компьютер 11 соединен с микроконтроллером 10, который, в свою очередь, соединен с драйвером 9, который связан с лазерным источником 8 освещения с длиной волны 785 нм. Для трансляции изображения наглазник 3 лапароскопа 1 соединен со специальной оптической системой 5 и видеокамерой 6, которая, в свою очередь, связана с персональным компьютером 11. Персональный компьютер 11 соединен с цветным монитором 12.

Оптическое волокно 7 с Y-образным разветвлением позволяет подключаться к осветительному порту 2 лапароскопа 1 и использовать при диагностике как лазерный источник 8 освещения с длиной волны 785 нм, так и стандартный эндоскопический осветитель 4. Специальная оптическая система 5 обеспечивает крепление видеокамеры 6 на наглазнике 3 лапароскопа 1 и фокусировку изображения на матрице видеокамеры 6. Постобработка сигнала с видеокамеры 6 осуществляется персональным компьютером 11, который связан с цветным монитором 12. На цветном мониторе 12 отображается результат исследования в режиме реального времени в виде изображения исследуемой области, окрашенной в псевдоцвета в зависимости от рассчитанных количественных значений спекл-контраста, то есть высокой скорости потока рассеивающих частиц соответствует оранжево-красный цвет (на рисунке изображение 13), низкой - синий (на рисунке изображение 14).

Устройство работает следующим образом.

Во время проведения лапароскопической операции хирург вводит лапароскоп 1 в брюшную полость пациента и включает стандартный эндоскопический осветитель 4, проводит исследование интересующей области в белом свете, осуществляя доступную на данном этапе субъективную визуальную оценку состояния биологических тканей. После этого с помощью программного обеспечения на персональном компьютере 11 вместо стандартного эндоскопического осветителя 4 включают лазерный источник 8 освещения с длиной волны 785 нм. При этом сигнал передается от персонального компьютера 11 на микроконтроллер 10 и драйвер 9 лазерного источника 8 освещения с длиной волны 785 нм. Производят исследование методом ЛСКВ, видеокамера 6 регистрирует спекл-картину на поверхности исследуемого органа через специальную оптическую систему 5. Данные с видеокамеры 6 поступают на персональный компьютер 11 и подвергаются дальнейшей обработке. Численные значения, полученные при обработке, сохраняют для возможности проведения количественного анализа. Для визуального анализа динамики потока рассеивающих частиц значения рассчитанного спекл-контраста выводят на цветной монитор 12 в режиме реального времени и на изображениях преобразовывают в псевдоцвета, где высокой скорости потока рассеивающих частиц соответствует оранжево-красный цвет (на рисунке изображение 13), низкой - синий (на рисунке изображение 14). На основании этих данных хирург получает дополнительную диагностическую информацию о состоянии микроциркуляции крови в исследуемой области.

Таким образом, предлагаемое устройство для интраоперационной оценки состояния микроциркуляции крови в тканях органов брюшной полости при проведении лапароскопических вмешательств, обладающее мобильностью и удобством использования хирургом-оператором в операционной, позволяет вести мониторинг кровоснабжения тканей в режиме реального времени за счет реализации метода ЛСКВ с обработкой полученных данных непосредственно во время проведения исследования.

Изобретение относится к медицине. Устройство для интраоперационного определения нарушения микроциркуляции крови в тканях органов брюшной полости при проведении лапароскопических вмешательств содержит лапароскоп, выполненный в виде жесткой металлической трубки с осветительным портом и наглазником, подключенный через осветительный порт к оптическому волокну с Y-образным разветвлением, одна из ветвей которого подключена к эндоскопическому осветителю, а другая - к лазерному источнику освещения с длиной волны 785 нм, который, в свою очередь, подключен через драйвер лазерного источника освещения с длиной волны 785 нм к микроконтроллеру, подключенному к персональному компьютеру с программным обеспечением для обработки данных, связанному с цветным монитором и видеокамерой, сопряженной с наглазником лапароскопа с помощью оптической системы. Применение данного изобретения позволяет вести мониторинг кровоснабжения тканей в режиме реального времени. 1 ил.

Устройство для интраоперационного определения нарушения микроциркуляции крови в тканях органов брюшной полости при проведении лапароскопических вмешательств, характеризующееся тем, что оно содержит лапароскоп, выполненный в виде жесткой металлической трубки с осветительным портом и наглазником, подключенный через осветительный порт к оптическому волокну с Y-образным разветвлением, одна из ветвей которого подключена к эндоскопическому осветителю, а другая - к лазерному источнику освещения с длиной волны 785 нм, который, в свою очередь, подключен через драйвер лазерного источника освещения с длиной волны 785 нм к микроконтроллеру, подключенному к персональному компьютеру с программным обеспечением для обработки данных, связанному с цветным монитором и видеокамерой, сопряженной с наглазником лапароскопа с помощью оптической системы.